氢云研究：氢燃料电池能否成为汽车动力电池的下一条“赛道”？

导读：

氢云链认为，多元化电池路线是更能保障能源安全的。在短期内，锂电池还不能被完全取代，应该是二者的应用场景可以互补；而长期来看，氢燃料电池的能量密和环保特性决定了氢能才是化石能源的终极替代品。

正确的技术路线选择和技术升级是中国动力电池企业的核心竞争力。例如，比亚迪是磷酸铁锂电池红利受益者；宁德时代是三元电池红利的受益者。目前，国内氢燃料电池行业投资也逐步升温，走的是国人熟悉的逆向开发的老路子，拿不到核心技术，离产业化仍有距离。但从国家能源战略角度来看，可能跟汽车工业一样是下个输不起的“赛道”。

从全球氢燃料电池汽车发展来看，氢燃料电池已经基本能够达到商用水平，但成本仍然偏高，基础设施也有待完善，但这些问题随着生产规模扩大，投入巨大资源的增多会逐步解决。

1）氢燃料电池并非全新技术，经历几次商业化浪潮和不断技术进步，氢燃料电池已经逐步进入民用市场。

早在上世纪60-70年代，氢燃料电池就已经应用到航空和军工领域，由于石油危机爆发，民用氢燃料电池受到一段时间热捧，但终因为技术不成熟，难以商业化而退潮。在2000年前后以巴拉德为代表的燃料电池厂商，开始推出燃料电池电站，在非洲、北美等多地运用良好，这一阶段受到了市场热捧，大量资本涌入，巴拉德股价也飞涨，但由于成本高，大规模商业化仍然存在较大问题。就在此时，基于国家能源战略角度出发，日本提出了氢能社会，逐步加大了在燃料电池领域的研发，在2009年，开始推广家用燃料电池，此后燃料电池在日本国内燃料电池商业化迈上了快速发展阶段，随着2013-2015年量产氢燃料电池车型的推出，氢燃料电池被推到风口浪尖。

图表1 氢燃料电池三次发展浪潮

资料来源：玖牛投资

虽然氢燃料电池经历了两次发展浪潮，都没有实现大规模商业化，而本次丰田推出量产燃料电池汽车，并积极开拓海内外市场，在日本国内已经建立百座加氢站。日本在国内已经推广了近3000台燃料电池汽车，2020年将产量提升到20000台。这些信息表明燃料电池技术已经接近成熟，商业化已经临近。从产业发展阶段来看，氢燃料电池汽车处于导入期，技术仍待完善，成本高。

图表2 全球氢燃料电池汽车销量（台）

资料原来：玖牛投资

现代、丰田、本田量产车已经证明氢燃料电池已经能够满足车用要求。

功率密度和续航是氢燃料电池关键参数，日韩在这方面取得了重大进展。丰田和本田燃料电池技术最近10年取得飞速发展，功率密度从1.4kW/L增长到3.1kW/L,使得氢燃料电池能够装入汽车，不影响整车设计。据丰田相关技术人员介绍，丰田将在2020年推出第二代Mirai车型，燃料电池系统性能将进一步提升。整车由于高温、低温、震动等特殊环境，对燃料电池耐久性、可靠性要求更高，早期氢燃料电池只能在固定或者封闭的环境中使用，如家用、电站备用等均已经有一定规模商用。目前丰田在运行的数千辆Mirai没有出现大规模性能衰减，验证了氢燃料电池能够满足车辆运行的苛刻环境。

图表3 丰田燃料电池技术参数

资料来源：丰田公司，玖牛投资

从目前三款量产车型来看，其基本参数达到了日常用车要求，续航、功率、加速、充氢时间等均能满足日常需求。价格方面，这三款车作为中端车型，价格高于常规车型。随着技术提升，这些参数可以进一步提升，如下一代储氢罐压力提升到95Mpa（在一两年内推向市场），同样体积储氢罐储氢量将提升35%，意味着续航提升35%左右。另外在核心电堆技术方面，新的技术将进一步提升功率密度和效率，综合性能将进一步提升。由于铂金属（氢燃料电池堆关键材料）储量少，价格高，氢燃料电池汽车必须使用更少的铂或者替代材料。目前提高铂活性，降低用量方面已经取得非常大突破，预计未来还会有进一步降低。替代材料的研究也有非常大突破，未来氢燃料电池堆铂的依赖会逐步降低。

图表4 丰田、本田、现代燃料电池量产车性能对比

资料来源:公开资料，玖牛投资

2）降低成本是氢燃料电池汽车大规模量产解决的第一要务。

由于氢燃料电池汽车核心成本在电池系统，电池系统成本占据整车将近60%成本，降低燃料电池系统成本，是目前燃料电池必须突破的关键条件。根据DOE研究机构数据显示，氢燃料电池在近10年来，成本出现了下降，较10年前降低超过50%。根据DOE预测，氢燃料电池成本规模效应在未来不断增强，50万台产量规模将使成本降低至现在的一半。核心组件电堆催化剂用铂量大幅降低，关键材料生产工艺优化，材料改进，也能进一步氢燃料电池成本。

图表5 氢燃料电池系统成本

资料来源：DOE，玖牛投资

3）制氢、储氢是氢燃料电池汽车推广重要障碍。

目前日本、美国、德国均在加大力度推动加氢站建设和配套产业培育。相比于纯电动汽车充电站而言，加氢站建设成本更高，基础配套完善度远不如充电站。目前，单座加氢站建设成本超过5000万元，其成本远高于同类别充电站。加氢站成本高，同时制氢能耗高，导致氢燃料成本偏高，弱化了其经济性。

图表6 全球加氢站数量

资料来源：玖牛投资

启示：中国新能源汽车采取锂电池技术路线，主要原因是中国锂电池技术储备充足，产业配套完善，发展更容易。在氢燃料电池方面，中国远远落后于日本。

从国家层面来看，多元化路线更能保障能源安全，中国不会轻易放弃氢燃料电池技术路线。从产品技术层面来看，锂电池仍然存在不足，长续航，意味着质量大大幅增加，降低能源经济性，但锂电池充电方便，且便宜，日常通勤及短距离行驶更具能源经济性。氢燃料电池，采用氢气作为储能介质，质量轻，能量高，更适合长续航的要求。因此未来氢燃料电池和锂电池会长期并存，互为补充。

氢云链认为，在政策扶持下，国内各科研院所及企业在氢燃料电池领域的投入不断加大，在核心技术方面不断突破，电池堆、储氢罐、制氢等技术方面不断提升，拉小了与日本差距。从早期汽车工业、光电半导体工业引进失败经验来看，中国氢燃料电池产业需要大力自主创新，掌握核心技术（电堆、储氢等），才能形成真正竞争力。